一种大气压极微等离子体射流产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种大气压极微等离子体射流产生装置，包括电源、工作气体源、电极、介质容器、气体调控开关和介质管，其中，介质容器呈空心管状，其在不同位置分别设有气体输入口和气体输出口；所述电极设于介质容器上，且电极直接与电源连接；所述工作气体源与介质容器的气体输入口之间设有气体调控开关，用于控制工作气体源的工作气体从介质容器的气体输入口进入介质容器中；所述介质管的一端与介质容器的气体输出口连接，另一端设有气体输出口。此种装置可解决现有等离子体射流装置存在的高长径比极微等离子体的难以产生与控制的问题。

A low atmospheric pressure plasma jet generating device

The invention discloses a low atmospheric pressure plasma jet generating device comprises a power supply, the working gas source, electrode, medium container, gas control switch and the medium tube, the medium container is a hollow pipe in different position are respectively provided with a gas inlet and a gas outlet; the electrode is arranged on the medium container, and electrode directly connected with the power supply; the gas control switch is arranged between the gas source and the medium container gas inlet for gas control working gas source from the gas container input port into the container medium; the medium gas output tube with one end of the medium container port, the other end is provided with a gas output export. This device can control problems and solve the existing high length diameter ratio of the plasma jet plasma extremely difficult to produce.

【技术实现步骤摘要】
一种大气压极微等离子体射流产生装置
本专利技术属于气体放电与放电等离子体领域，具体涉及一种用通道内径固定的介质管约束的大气压下直径小于10μm的等离子体射流(简写为极微等离子体射流)的产生装置。
技术介绍
大气压低温等离子体射流是一种气体放电新形式，它一般由频率为千赫兹的交流或脉冲电源驱动，先在介质管内产生等离子体，然后沿着工作气体通道喷射至开放空间内。相比于传统的大气压低温等离子体放电形式(如介质阻挡放电)，等离子体射流是等离子体产生在开放空间内，而不是狭窄的放电间隙内(mm～cm量级)。它的直径通常为mm量级，而长度可达到数10cm。不仅能够精准的对三维不规则物体进行处理，还能将短寿命的活性粒子输送至物体表面，提高处理效率。此外，它还具有气体温度低、高化学活性、高稳定性和环境友好的特点，特别适合于热敏感的材料处理和生物医学应用。对一些特殊应用来讲，要求等离子体射流的直径为μm量级。等离子体射流应用于杀菌灭毒是等离子体医学领域的一个重要应用方向，而多数细菌为原核细胞，所以对单个细菌进行精准处理时，要求等离子体射流的直径<10μm。另外，在等离子体材料处理领域，采用超细微的等离子体射流对基底表面进行微图形化时，等离子体射流的直径越小，则微图形的分辨率就越高，有利于加工出更加精细的微图案。将等离子体射流的直径减小到10μm以下，不仅可以对单个原核细胞进行精准处理，而且有利于基底材料表面的微图形化。在现有的产生极微等离子体的放电结构中，通常采用类似于膜片钳的变径管状介质容器将等离子体约束住。将高压电极内置在介质容器内，离管口有一定的距离。同时施加高电压和通入工作气体后，能够在管口外产生数mm长的极微等离子体射流。以下是几种现有的极微等离子体射流装置：(1)直径为毫米量级的等离子体射流装置，见专利号为ZL200910010111X“预电离大气压低温等离子体射流发生器”任春生等，描述了一种预电离等离子体射流装置，如图1所示，该装置的主体部分是一根下端开放的毫米量级主石英管105，规格为长120mm，内径5.0mm，外径7.0mm，在石英管开口端上部15-25mm处有一变径，在20mm处变为最细，内径3.0mm，外径4.0mm；另一端封闭并在内部安装一细的石英管104，规格为长95mm，内径2.0mm，外径3.0mm；在细石英管内部再接一用于预电离放电的针头103，规格为长45mm，内径0.5mm，外径1.0mm。在针头内部通入Ar气，气体流量可在0.08-0.13m3/h之间变化。在距主石英管开口端上方20mm变径处缠绕一金属环106，这一金属环与针头都接电源的高压输出端，是高压电极。距主石英管开口端下方15mm处有一金属电极，其上部表面被一绝缘介质所覆盖。通过施加交流电压，针电极作为单电极放电可以产生放电等离子体，然后该放电等离子体在Ar气流的吹动下沿着细石英管内部迁移，到达细石英管下方开口处并射出，同时也到达环状电极与地电极之间的主石英管放电区，为此区域放电提供种子电子。通过调节外加电压及工作Ar、O2气体流量，可在环状电极与接地电极之间获得均匀稳定的大气压辉光放电低温等离子体射流。该装置不足之处在于产生的等离子体射流直径为毫米量级，无法实现要求等离子体射流直径为μm量级的特殊应用，如肿瘤治疗的机理研究、石墨烯表面局部掺氮、薄膜微图形刻蚀、细胞微图形化等方面的应用。(2)变介质容器管径单电极极微等离子体射流装置，见文献1(RyotaKakeietal.“Productionofultrafineatmosphericpressureplasmajetwithnano-capillary”ThinSolidFilms518.13(2010))，其中描述了一种大气压下以氮气为工作气体产生等离子射流的装置，该装置如图2所示，包括电极1b、介质容器2b和电源3b。电极1b为铜箔，粘贴在介质容器2b的顶端，距离介质容器2b的尖端6cm远；电源1b为脉冲电源，连接电极1b；介质容器2b为毛细管，管内径为0.6毫米，管壁厚0.2毫米，介质容器2b为子弹状，前端变半径，顶端有漏孔，管口直径为100nm～5μm；工作时，电源1b调至高压正负10千伏，占空比50％，频率5千赫兹，向介质容器2b输入工作气体4b(氦气)，在介质容器2b中产生的等离子体，从管口喷射出极微等离子体射流5b。将该装置应用于抗蚀膜的微图形刻蚀中，同时相比于喷口直径为1mm的氦气等离子体射流，极微等离子体射流的推进速度降低了一个数量级。该装置的不足之处在于介质容器管径变化，极微等离子体射流的直径是非恒定的，可能导致刻蚀条纹尺寸不一致，难以控制，且产生的极微等离子体长径比小可能会带来放电不稳定，放电效果不均匀的问题。(3)变介质容器管径双电极极微等离子体射流装置，见文献2(MotrescuIetal.“Micro-patterningofFunctionalGroupsontoPolymerSurfaceUsingCapillaryAtmosphericPressurePlasma”.JournalofPhotopolymerScience&Technology25.4(2012))，其中描述了一种直径为1μm的极微等离子体射流装置，该装置如图3所示，包括电极1c、电极2c、介质容器3c和电源4c。电极1c为铜箔，粘贴在介质容器3c的顶端，同时接地；电极2c为铜箔，粘贴在介质容器3c上，与电极1c距离1cm，距离介质容器3c的尖端6cm远；电源4c为脉冲电源，连接电极2c；介质容器3c为毛细管，管内径为0.6毫米，管壁厚0.2毫米，介质容器3c为子弹状，前端变半径，顶端有漏孔，管口直径为1μm；工作时，电源4c调至高压正负13千伏，占空比50％，频率5千赫兹，向介质容器3c输入工作气体5c(氦气)，流量为500升/分钟。在实际处理的阶段，为了确保氨基功能团自由基，在工作气体5c中加入了3％的氨。在介质容器3c中产生的等离子体，从管口喷射出直径为1μm的极微等离子体射流6c。并且利用该极微等离子体射流装置可以在光阻膜表面上形成直径为20μm、间距为300μm的氨基酸功能团点阵列。该装置为双电极结构，喷射出的极微等离子体射流形成的图案更均匀和紧凑，但是由于介质容器管径变化，导致极微等离子体射流的直径是非恒定的，可能导致放电不稳定，形成的图案尺寸远大于等离子体射流最小直径，不便于控制，且产生的极微等离子体长径比小可能会带来放电不稳定，放电效果不均匀的问题。如上所述，现有文献研究虽然产生了微尺度的等离子体射流，但都存在类似的不足，如用类似于膜片钳的变径管状介质容器约束等离子体产生极微等离子体射流的装置中出现的射流直径非恒定、在管口附近的变化梯度较大，可能导致放电不稳定，并且工作气体通过管口后易形成湍流，与周围空气混合程度更高，产生的等离子体射流长径比小可能会带来放电不稳定，放电效果不均匀，这些因素大大的限制了现有极微等离子体射流技术及装置的广泛研究和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种大气压极微等离子体射流产生装置，其可解决现有等离子体射流装置存在的高长径比极微等离子体的难以产生与控制的问题。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气压极微等离子体射流产生装置，其特征在于：包括电源、工作气体源、电极、介质容器、气体调控开关和介质管，其中，介质容器呈空心管状，其在不同位置分别设有气体输入口和气体输出口；所述电极设于介质容器上，且电极直接与电源连接；所述工作气体源与介质容器的气体输入口之间设有气体调控开关，用于控制工作气体源的工作气体从介质容器的气体输入口进入介质容器中；所述介质管的一端与介质容器的气体输出口连接，另一端设有气体输出口。

【技术特征摘要】
1.一种大气压极微等离子体射流产生装置，其特征在于：包括电源、工作气体源、电极、介质容器、气体调控开关和介质管，其中，介质容器呈空心管状，其在不同位置分别设有气体输入口和气体输出口；所述电极设于介质容器上，且电极直接与电源连接；所述工作气体源与介质容器的气体输入口之间设有气体调控开关，用于控制工作气体源的工作气体从介质容器的气体输入口进入介质容器中；所述介质管的一端与介质容器的气体输出口连接，另一端设有气体输出口。2.如权利要求1所述的一种大气压极微等离子体射流产生装置，其特征在于：所述电极采用单个或多个棒状或片状导体。3.如权利要求1所述的一种大气压极微等离子体射流产生装置，其特征在于：所述电极使用铜、铝或不锈钢制作。4.如权利要求1所述的一种大气压极微等离子体射流产生装置，其特征在于：所述电极套接...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淑群，程文馨，黄国旺，江军，张潮海，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32